平板玻璃鋼化淬冷系統(tǒng)的數(shù)值仿真.pdf

1、普通浮法玻璃在加熱到接近軟化溫度后，通過快速冷卻的方法，可得到各項性能優(yōu)秀的鋼化玻璃。風淬冷鋼化的方法，由于其成本較低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點而被用于平板玻璃鋼化的工業(yè)化生產(chǎn)當中。風淬冷是平板玻璃鋼化的最后一道工序，也是最重要的一道工序，決定了玻璃的鋼化質(zhì)量。平板玻璃風淬冷鋼化生產(chǎn)線的一個包含著風道的流場、強制對流換熱、玻璃的溫度場、應(yīng)力場等多種物理場的相互耦合繁雜系統(tǒng)。其中存在風嘴高度、玻璃厚度、風壓大小、急冷時間等諸多影響鋼化質(zhì)量的因素，

2、難以實現(xiàn)各種因素的全面考慮和控制，容易產(chǎn)生風斑、自爆、鋼化強度不夠等問題。
　　國內(nèi)現(xiàn)有平板玻璃淬冷系統(tǒng)存在諸如淬冷過程壓強和冷卻的均勻性難以保證、薄玻璃鋼化難以達到所需的冷卻速度等問題。為了克服現(xiàn)有平板玻璃鋼化淬冷系統(tǒng)的不足，探究玻璃淬冷過程中各個工藝參數(shù)對鋼化效果的影響及整個淬冷系統(tǒng)的運行過程，本文采用數(shù)值仿真和實驗驗證相結(jié)合的方法，對平板玻璃鋼化淬冷系統(tǒng)進行分析研究。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)淬冷系統(tǒng)的實際工況

3、，以實際生產(chǎn)線的尺寸為基礎(chǔ)，建立包括風管、風箱和風柵等數(shù)值仿真模型?？紤]到淬冷系統(tǒng)整個系統(tǒng)的流動性和風嘴對玻璃表面壓力作用效果，采用分段建模的思想對系統(tǒng)進行合理簡化，并截取兩條相鄰風柵作為數(shù)值仿真的主要研究模型。
　　(2)通過工廠實地采集模型的初始條件和邊界條件，確定仿真使用的數(shù)學模型，完成了對包括通過段風管及風箱、冷卻段風管及風箱、通過段上下風柵單元、冷卻段上下風柵單元在內(nèi)的6部分進行流場的模擬仿真。得到了各部分流場的速度、壓

4、強分布情況，發(fā)現(xiàn)了由于結(jié)構(gòu)引起冷卻段上風柵入口速度大于下風柵速度等特征。
　　(3)在流場仿真的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有對射流沖擊平板換熱的研究，針對鋼化過程的獨有特征，對淬冷系統(tǒng)中空氣射流沖擊高溫平板玻璃強制對流換熱進行模擬研究，得到了玻璃表面的局部對流傳熱系數(shù)和壓強分布，發(fā)現(xiàn)風嘴正對處對流傳熱系數(shù)和壓強明顯大于其他區(qū)域，且壓強與對流換熱系數(shù)存在正相關(guān)性。同時，以對流換熱模擬得到的玻璃表面平均對流換熱系數(shù)238 W/(m2· K)為邊界

5、條件，對玻璃進行瞬態(tài)熱分析，得到玻璃在150s內(nèi)溫度分布，在8s時產(chǎn)生最大溫度差147℃。
　　(4)通過將工廠生產(chǎn)線風機功率設(shè)置為額定功率的65％、80％、95％，運行穩(wěn)定后對風機出口、風嘴進行壓強和流速的數(shù)據(jù)采集，通過將實驗數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果進行對比分析以驗證數(shù)值模擬的準確性。驗證結(jié)果表明，仿真模型具有良好的精確度。利用經(jīng)過驗證的模型，研究風嘴形狀、風嘴到玻璃距離、風嘴密度等因素對淬冷系統(tǒng)流場的影響，得到錐形風嘴可改善玻璃表面流場